Laser chip definition
Optiske chips er kernekomponenterne, der realiserer den gensidige omdannelse af fotoelektriske energibærere. De er meget udbredt i optiske sammenkoblingsprodukter og er hovedsageligt opdelt i laserchips og fotodetektorchips. Blandt dem er laserchippen en aktiv halvlederkomponent, der omdanner elektrisk energi til høj-høje-monokromatiske lysstråler baseret på princippet om stimuleret stråling.
I den transmitterende ende af optiske kommunikationssystemer er laserchips den vigtigste lyskilde, der bærer information. De er uerstattelige og indtager en central position inden for optiske chips. Ifølge moduleringsmetoden kan laserchips opdeles i direkte modulering, integreret modulering og ekstern modulering. Fra materialesystemers perspektiv er laserchips hovedsageligt opdelt i indiumphosphid (InP) og galliumarsenid (GaAs). I henhold til den lysemitterende struktur kan den desuden opdeles i overflade-emitterende og kant-emitterende strukturer.
Industriel kædedistribution af laserchips på det optiske sammenkoblingsmarked
Laserchips er opstrøms for den optiske sammenkoblingsindustrikæde og er et vigtigt led i hele industrikæden med høje tekniske barrierer og komplekse procesflows. Som "hjertet" af det optiske kommunikationssystem bestemmer laserchippens ydeevne direkte transmissionshastigheden og energieffektiviteten af downstream optiske enheder, optiske moduler og endda hele det optiske kommunikationssystem.
Som kernebærer af optiske kommunikationssystemer har optiske sammenkoblingsprodukter åbenlyse forskelle i deres hardwareomkostningsstruktur (BOM) afhængigt af teknologistien. Tager man ikke-optiske optiske moduler af silicium som eksempel, omfatter dens hardwareomkostningsstruktur hovedsageligt fire hovedsegmenter: optiske chips, elektriske chips, passive optiske enheder, PCB og mekaniske komponenter. For fotoniske siliciumforbindelsesprodukter er styklistestrukturen blevet strukturelt rekonstrueret. Den originale diskrete modulator og et stort antal passive optiske enheder er integreret i en silicium fotonisk chip (PIC), mens PCB og mekaniske komponenter er meget forenklet.
På dette tidspunkt fokuserer BOM på de to kerner af "silicium fotoniske chips" og "lasere". Uanset om du bruger den tidligt-udviklede EML-løsning eller den nye siliciumoptiske vej, indtager laserchips en vigtig position i værdikæden, fordi de direkte påvirker fotoelektrisk signalkonvertering og signaltransmissionskvalitet.
Vigtigste laserchip produkttyper
Som kerneenheden i fotoelektrisk konvertering er laserchips hovedsageligt opdelt i fem kategorier baseret på forskelle i materialesystemer, fysiske strukturer og moduleringsmetoder, herunder DFB, EML, CW, VCSEL og FP, hver med specifikke tekniske fordele og anvendelsesscenarier.
Baggrund for udvikling af laserchipmarked
Den betydelige vækst i laserchipindustrien skyldes hovedsageligt gunstige faktorer såsom den eksplosive vækst på det optiske sammenkoblingsmarked, den hurtige anvendelse af nye teknologier såsom siliciumfotonik i optiske sammenkoblinger og den stigende efterspørgsel efter højtydende optiske sammenkoblingsprodukter fra slutkunder. Som en uundværlig kernekomponent i optiske sammenkoblingsløsninger drager laserchips direkte fordel af disse tendenser og accelererer derved deres egen udvikling.
I 2024 vil det globale laserchipmarked nå op på 2,6 milliarder USD og forventes at vokse til 22,9 milliarder USD i 2030 med en sammensat årlig vækstrate på 44,1 %. Der er objektive begrænsninger i udviklingen af laserchipindustrien, herunder lange produktionskapacitetsudvidelsescyklusser, høje tekniske barrierer og koncentreret høj-produktionskapacitet, begrænset kernematerialer og -udstyr på kort og mellemlang sigt og et ubalanceret forsyningskædemønster. Det kan ikke fuldt ud opfylde de hurtigt voksende behov på downstream-markedet. Det samlede marked er en mangelvare. Dette er især tydeligt i EML-laserchips og CW-laserchips, der bruges til optiske{10}}højhastighedsforbindelser.
Vigtigste anvendelsesscenarier for laserchips
Laserchips bruges hovedsageligt i optiske sammenkoblingsprodukter, og terminalapplikationsscenarierne minder meget om applikationsscenarierne for de optiske sammenkoblingsløsninger, de understøtter. Ifølge forskellige terminalapplikationsscenarier kan laserchipmarkedet opdeles i datacenterlaserchipmarkedet og telekommunikationslaserchipmarkedet. Blandt dem indtager markedet for datacenterlaserchips en absolut markedsposition. Markedsstørrelsen vil nå 1,6 milliarder USD i 2024 og forventes at vokse til 21,1 milliarder USD i 2030 med en sammensat årlig vækstrate på 53,4 %.
Markederne for datacenterlaserchips og telekommunikationslaserchips præsenterer et differentieret teknologilandskab. Markedet for datacenterlaserchips er kendetegnet ved et to-teknologisk landskab med EML- og CW-laserchips: EML-laserchips, som en tidlig udviklingsløsning, er meget udbredt i 400G og derover optiske sammenkoblingsprodukter. I de senere år er siliciumfotoniske løsninger med fordelene ved høj integration og lave omkostninger blevet en udviklingsretning med høj-hastighed, der kræver høj-effekt CW-laserchips.
Inden for telekommunikation er edge-emitterende laserchips fortsat dominerende, hovedsagelig på grund af deres evne til at opfylde strenge ydeevnekrav. Specifikt bruges DFB-laserchips i vid udstrækning i korte- og mellemlange-scenarier såsom 5G fronthaul og optisk fiberadgang. Tværtimod overvinder EML-laserchips spredningsbegrænsninger gennem deres lave chirp og høje ekstinktionsforhold og indtager dermed en dominerende position i lang-højhastighedsknudepunkter, såsom backbone-netværk og høj-fiberadgang.
EML laserchips og CW laserchips dominerer markedsandelen, og deres betydning bliver ved med at stige
I 2024 vil den samlede markedsstørrelse for EML-laserchips og CW-laserchips nå op på 970 millioner USD, hvilket svarer til cirka 38,1 % af markedet. I fremtiden forventes omsætningen af disse produkter at opretholde en høj vækstrate, og markedsandelen vil fortsætte med at stige. I 2030 forventes den samlede omsætning at nå op på 20,80 milliarder amerikanske dollars med en sammensat årlig vækstrate på 66,6% og en markedsandel på 90,9%.
EML laser chip
EML laserchips inkluderer hovedsageligt 50G/100G/200G og andre specifikationer i henhold til datahastighed fra lav til høj, og kernen tilpasser sig til optiske sammenkoblingsprodukter fra 100G til 1,6T. I øjeblikket er 100G EML-laserchips almindelige produkter og bruges i vid udstrækning i almindelige-optiske sammenkoblingsprodukter med høj hastighed, såsom 400G og 800G optiske moduler. Efterhånden som 1,6T og højere-optiske sammenkoblingsprodukter successivt tages i brug, vil 200G EML-laserchips, som det matchende laserchipvalg, indlede hurtig vækst.
CW laserchip
Udviklingen af CW-laserchips drager hovedsagelig fordel af anvendelsen af siliciumfotonikteknologi. I siliciumfotoniske løsninger tjener CW-laserchips som eksterne/heterogene integrerede lyskilder og bruges sammen med fotoniske siliciummodulatorer til at realisere de fotoelektriske signalkonverterings- og modulationsfunktioner af siliciumfotoniske sammenkoblingsprodukter. Blandt høj-optiske sammenkoblingsprodukter er siliciumfotoniske løsninger og CW-laserchips udbredt på grund af deres fremragende omkostningseffektive-fordele.
I de nuværende primære siliciumfotoniske høj-optiske sammenkoblingsprodukter på 400G, 800G og endda 1,6T omfatter de vigtigste CW-laserchips 50mW, 70mW, 100mW og andre effektmodeller. Derudover, drevet af nye teknologier såsom NPO og CPO, bliver høj-CW-laserchips, herunder 150mW, 300mW og 400mW-modeller, gradvist inkluderet i den kommercielle udvikling af næste-generations optiske sammenkoblingsprodukter. Fra 2025 til 2030 forventes efterspørgslen efter CW-laserchips med effekt over 100mW at opleve eksplosiv vækst. I 2030 forventes markedsstørrelsen af CW-laserchips med effekt over 100mW at nå op på 6,6 milliarder USD, hvilket udgør 65,3% af markedet.
Laser chip industri udvikling drivende faktorer og fremtidige udviklingstendenser
. Efterspørgslen fortsætter med at stige og fastholde hurtig vækst. Udviklingen af AI-træningsklynger har drevet en stigning i efterspørgslen efter computerkraft og høj-datatransmission, hvilket har ført til en eksponentiel vækst i efterspørgslen efter downstream--optiske sammenkoblingsprodukter med høj hastighed. Som kernekomponenten i optiske sammenkoblingsprodukter stiger markedets efterspørgsel efter laserchips hurtigt.
. EML laserchip og CW laserchip to-tohjulstræk. På den ene side er EML-laserchips blevet en vigtig løsning til at opnå enkelt-bølgelængde 100G/200G-hastigheder på grund af deres høje båndbredde, lave spredning og langdistancetransmissionsfordele, og de bruges i vid udstrækning i 400G, 800G og endda 1,6T højhastigheds{10}optiske moduler. På den anden side er CW-laserchips parret med siliciumfotoniske modulatorer, over for den nye siliciumfotonikteknologiske vej, gradvist ved at blive en central kerneenhed, der understøtter den næste generation af optiske sammenkoblingsprodukter og ultra-høj-datacenternetværk på grund af deres høje integration, lave{14}-potentiale,{14} arkitekturer som CPO.
. Produkter udvikler sig mod højere ydeevne, og værdien af enhedsprodukter fortsætter med at stige. Efterhånden som optiske sammenkoblingsprodukter fortsætter med at udvikle sig mod højere hastigheder, og nye integrationsteknologier udforskes og anvendes, stilles der højere krav til laserchips ydeevne. Hvis man tager EML-løsninger som et eksempel, kræver høje transmissionshastigheder normalt høj ydeevne og mængde af laserchips pr. enhed optisk sammenkoblingsprodukt, hvilket øger værdien af laserchips pr. enhed optisk sammenkoblingsprodukt.
I siliciumlysløsningen, selvom siliciumlysteknologi reducerer omkostningerne ved moduleringsdelen gennem CMOS-processen, skal det optiske modul udstyres med en højere-effekt, højere-lyskilde med en ekstern monokromatisk laserchip for at drive en siliciumlysmotor med højere-hastighed og effektivt kompensere for komplekse-chip optiske vejtab. Efterhånden som industrien udvikler sig til næste-generations integrationsteknologier såsom NPO og CPO, vil efterspørgslen efter laserchips desuden undergå fundamentale ændringer, og værdien af laserchips i de samlede hardwareomkostninger forventes at stige yderligere.
. Diversificering af forsyningskæden. Udvidelsen af AI-drevet global computerinfrastruktur har stillet betydelige krav til forsyningskædens skala, stabilitet og aktualitet, hvilket skaber strategiske muligheder for producenter af-laserchips af høj kvalitet. Det er afgørende, at producenter med avancerede tekniske muligheder (herunder epitaksial vækst, høj-præcisionsristning) og fordele i driftseffektivitet og hurtige reaktionsevner bedre kan opfylde strenge krav, slutte sig til den internationale kerneforsyningskæde, opbygge et mangfoldigt globalt forsyningskædenetværk og vinde betydelige internationale markedsandele. Det er især bemærkelsesværdigt, at flere og flere laserchipproducenter implementerer globaliseringsstrategier ved at placere deres produktionsbaser i nærheden af downstream optiske sammenkoblingsproducenter eller slutkunder og derved opbygge et mere robust og diversificeret globalt forsyningskædenetværk.
Laser chip omkostningsstruktur
Omkostningsstrukturen for laserchips er domineret af fremstillingsomkostninger, direkte lønomkostninger og materialeomkostninger. Materialeomkostninger omfatter hovedsageligt substrater, guldmål, specielle gasser og kemikalier osv., afhængigt af forskellige produkter, og udgør normalt 10% til 20% af de samlede omkostninger. På nuværende tidspunkt er substratmaterialerne til laserchips hovedsageligt InP og GaAs. Blandt dem er InP-priserne fortsat med at stige i de seneste par år på grund af stigende materialepriser og andre effekter. På grund af den relativt simple produktionsproces af GaAs er prisen gradvist faldet med procesoptimering og teknologiiteration.
Laser chip konkurrence barrierer
.Produktionsviden-hvordan. Laserchipproduktion er meget afhængig af avancerede kerneprocesser, såsom epitaksial vækst, høj-præcisionsgitterætsning og komplekst design af høj-hastighedsmodulation. I lyset af knapheden på støberier med fuld-procesproduktionskapacitet, bør de fleste laserchipleverandører operere i IDM-modellen, som stiller ekstremt høje krav til leverandørernes absolutte kontrol over hele produktionsprocessen og evnen til at akkumulere dyb branchekendskab-. Derudover har den hurtige iteration af downstream optiske sammenkoblingsprodukter drevet kontinuerlig teknologisk innovation på chip-niveau. Derfor skal producenterne have den proprietære teknologi til hurtigt at fremme R&D til masseproduktion, løbende optimere procesparametre og opretholde stabile og høje udbytter for at sikre produktets pålidelighed.
.Kundertillid og samarbejde. Det optiske samtrafikmarked er karakteriseret ved en ekstremt stram og langvarig certificeringsproces. De høje omstillingsomkostninger forårsaget af førende optiske sammenkoblingsløsninger og cloud-tjenesteudbydere opsætter uoverstigelige barrierer for nye aktører. Men for leverandører, der med succes kommer ind, fremmer disse egenskaber relationer, der er meget robuste og sjældent ændres. Ved at etablere langsigtede, pålidelige partnerskaber med industriledere kan laserchipproducenter integreres dybt i den globale forsyningskæde og få kritisk tidlig indsigt, efterhånden som AI- og datacenterarkitekturer fortsætter med at udvikle sig.
. Forsknings- og udviklingsevner. Teknologien i den optiske sammenkoblingsindustri gentager sig hurtigt, hvilket kræver, at upstream-laserchipproducenter har fremadskuende-layout og systematiske forsknings- og udviklingskapaciteter. Førende virksomheder planlægger normalt fremad med forskning og udvikling af kerneteknologier for fortsat at imødekomme behovene for nedstrøms produktopgraderinger. Laserchipproducenter med sådanne systematiske og fremadskuende-F&U-kapaciteter kan ikke kun opretholde det førende tempo inden for teknologigentagelser, men også danne tekniske barrierer, der er svære at kopiere i branchen, og fortsætte med at være førende inden for produktydeevne og pålidelighed.
. Supply chain management muligheder. Den dynamiske karakter af det optiske sammenkoblingsmarked stiller ekstremt høje krav til supply chain management og operationel agilitet. Producenter skal have evnen til fleksibelt at udvide produktionen, optimere ressourceallokeringen og opfylde kundernes strenge leveringscyklusser. Et modent og robust forsyningskædesystem er afgørende for at løse risici forbundet med hurtig markedsiteration og voldsomme ordreudsving. Ved at opbygge et solidt forsyningsnetværk og opretholde produktionskapacitetsstabilitet kan laserchipproducenter opnå stordriftsfordele, opfylde strenge leveringskrav og opretholde bæredygtige omkostningsfordele på et stærkt konkurrencepræget globalt marked.
For mere industriforskning og -analyse henvises til den officielle hjemmeside for Sihan Industrial Research Institute. Samtidig leverer Sihan Industrial Research Institute også industriforskningsrapporter, forundersøgelsesrapporter (projektgodkendelse og indlevering, banklån, investeringsbeslutninger, gruppemøder), industriel planlægning, parkplanlægning, forretningsplaner (egenkapitalfinansiering, investering og joint ventures, intern beslutningstagning), særlige undersøgelser, arkitektonisk design, oversøiske investeringsserviceløsninger og andre relaterede konsulenttjenester.
